Resumen - Monofotones del Materiaco Oscuro a través del Portal Escalar en Experimentos con Neutrinos

Monofotones del Materiaco Oscuro a través del Portal Escalar en Experimentos con Neutrinos

2025-07-10 17:17:32

{"Bhaskar Dutta","Debopam Goswami","Aparajitha Karthikeyan"}

{hep-ph}

Este trabajo de investigación investiga las firmas monofóticas que surgen de las interacciones de materia oscura mediadas por un escalar virtual y un fotón del Modelo Estándar. El proceso, χ + N → χ + N + γ, ofrece una oportunidad única para explorar escenarios de materia oscura de portal escalar debido a las distribuciones distinctive de energía, ángulo y tiempo de los fotones resultantes. El estudio analiza varios modelos con diferentes acoplamientos al mediador escalar, centrándose en el acoplamiento escalar-fotón como el canal de detección común. Los autores consideran la producción de materia oscura en el blanco y el absorbente de instalaciones de neutrinos como BNB, NuMI y LBNF e investigan las sensibilidades en detectores en curso y futuros, incluyendo SBND, ICARUS-NuMI y DUNE ND. Los resultados demuestran que los experimentos considerados, especialmente DUNE ND, pueden establecer restricciones significativamente mejoradas en el espacio de parámetros viable en varios escenarios. El documento comienza con una introducción a la materia oscura y la búsqueda de su naturaleza partículica, destacando los desafíos y la necesidad de candidatos alternativos, como la DM sub-GeV. Luego presenta el enfoque de teoría de campo efectiva utilizado para estudiar la fenomenología de la materia oscura fermiónica con un mediador escalar, centrándose en escenarios mínimos y clasificando el estudio en dos clases: aquellas con acoplamientos Yukawa nulos y aquellas con un acoplamiento de un fermión SM. El documento discute los mecanismos de producción del mediador escalar, considerando varios acoplamientos al sector del Modelo Estándar, como fotones, neutrinos, leptones cargados y quarks. También investiga la detección de la materia oscura a través del mediador escalar, centrándose en el proceso de scattering 2 → 3 χ + N → χ + N + γ, que conduce a una señal monofótica de alta energía. Los autores analizan los detalles experimentales y el flujo de partículas del Modelo Estándar relevantes para varios escenarios escalar, considerando detectores como CCM200, SBND, ICARUS-NuMI y DUNE ND. Sistemáticamente caracterizan las diferencias en el espectro de energía de las partículas DM, el número de partículas DM vs masa, el espectro de tiempo de los eventos inducidos por DM y los espectros de energía y ángulo del fotón de estado final en diferentes experimentos. El documento presenta gráficos de sensibilidad, ilustrando las regiones del espacio de parámetros que puede explorar cada experimento. Muestra que DUNE ND ofrece la mayor sensibilidad debido a su alta energía de haz y su posicionamiento en el eje, seguido por ICARUS-NuMI y luego SBND. El estudio subraya el papel de la información de tiempo y los espectros de energía y ángulo del fotón de estado final en la distinción de señales DM de los fondos del Modelo Estándar. En resumen, el documento presenta una metodología novedosa para buscar escenarios de materia oscura de portal escalar y demuestra su potencial para explorar otros tipos de modelos de mediadores ligeros o refinar estrategias experimentales para aislar señales de física nueva en entornos de alto fondo.